大家好,我是記得誠(chéng)。
今天聊一聊TVS的選型,我們都知道TVS可以用來(lái)防ESD和浪涌,在介紹之前,先來(lái)講一些ESD靜電相關(guān)的知識(shí),讓大家對(duì)整個(gè)架構(gòu)都能有所了解。
1. ESD介紹
1.1 ESD簡(jiǎn)介
ESD,英文全稱(chēng)是Electro-Static discharge,靜電釋放,是一種自然現(xiàn)象,冬天脫毛衣、摸金屬門(mén)把手、握手等都會(huì)出現(xiàn)。
下面這個(gè)圖是著名的“怒發(fā)沖冠”,就是由靜電引起的,電荷由靜電球傳到頭發(fā),由于頭發(fā)帶的是同性電荷,相互排斥,形成了這種現(xiàn)象。
1.2 ESD產(chǎn)生原理
干燥或者摩擦下,人手易失去電子,攜帶正電荷;攜帶正電荷的人接觸外部導(dǎo)體時(shí),導(dǎo)體上的電子會(huì)向人手移動(dòng),形成一個(gè)和電子運(yùn)動(dòng)反向的ESD電流。
1.3 ESD危害
ESD對(duì)人體的影響并不明顯,最多是麻麻的感覺(jué)。但I(xiàn)C受到ESD損壞,會(huì)使電子設(shè)備失效,甚至損壞。
這個(gè)是我們研究電路系統(tǒng)ESD防護(hù)的目的。
2. 器件級(jí)ESD模型
IC的ESD損壞可發(fā)生在任何時(shí)候,生產(chǎn)、裝配、焊接、運(yùn)輸?shù)鹊取?/p>
這些事件,我們可用三個(gè)不同的器件級(jí)模型模擬:人體模型(HBM)、機(jī)器模型(MM)、帶電器件模型(CDM)。
2.1 人體模型(HBM)
HBM:Human Body Model,因人體在地上走動(dòng)磨擦或其它因素,在人體上積累了電荷,去碰觸IC時(shí),人體上的靜電便會(huì)經(jīng)由PIN腳進(jìn)入IC內(nèi)部,再經(jīng)由IC放電到地去。
HBM工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試等效電路,是下面這個(gè)圖。
其中,100pF是等效人體電容,1.5KΩ是等效人體放電電阻。
2.2 機(jī)器模型(MM)
MM:Machine Model,模擬自動(dòng)化生產(chǎn)或測(cè)試機(jī)器(例如機(jī)械手臂)本身累積了相當(dāng)數(shù)量的靜電荷,當(dāng)此機(jī)器去碰觸到IC時(shí),該靜電荷便經(jīng)由IC的管腳放電。
機(jī)器一般都是金屬,所以MM模型的等效電阻一般是0~10Ω,也被稱(chēng)為0-Ω模型。
2.3 帶電器件模型(CDM)
CDM:Charged Device Model,IC因磨擦或其它因素,在IC內(nèi)部累積了靜電,但這個(gè)過(guò)程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC PIN腳接觸到地面時(shí),其內(nèi)部的靜電便會(huì)經(jīng)由PIN腳釋放出來(lái),而造成放電的現(xiàn)象。
3. 系統(tǒng)級(jí)ESD模型
HBM、MM、CDM,這三種模型僅用于模擬IC在制造環(huán)境下的測(cè)試。
終端用戶(hù)環(huán)境是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的ESD模型,是一個(gè)更復(fù)雜、ESD能量更高的系統(tǒng),對(duì)應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是IEC 61000-4-2。
IEC 61000-4-2規(guī)定了兩種系統(tǒng)級(jí)測(cè)試,接觸放電和空氣(非接觸)放電。
ESD器件符合IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn),僅代表器件本身的防護(hù),后級(jí)電路的防護(hù)水平要靠ESD器件的鉗位電壓來(lái)衡量。
4. TVS二極管
4.1 工作原理
ESD來(lái)臨時(shí),TVS會(huì)以極高的速度(ps級(jí))形成一個(gè)低阻通路,吸收浪涌電流,將電壓鉗位在一個(gè)預(yù)定值,保護(hù)后端的電路。
4.2 關(guān)鍵參數(shù)詳解
要了解一個(gè)元器件,有哪些參數(shù),看規(guī)格書(shū),多看規(guī)格書(shū)。
下面是一個(gè)TVS的規(guī)格書(shū)截圖。重要的參數(shù)都出來(lái)了。
1、Vrwm:最大反向工作電壓,也稱(chēng)為關(guān)斷電壓。
測(cè)試條件:在最大的反向電流IR下,測(cè)試出的電壓, 一般Vrwm是(0.8~0.9)*Vbr。
Vrwm需要大于被保護(hù)信號(hào)的工作電壓。比如3.3V的UART,TX和RX都是3.3V,選擇TVS的Vrwm可以是5V。
但是不能大太多,和Vbr也有關(guān)系,大太多,可能導(dǎo)致TVS不起作用。需要做到電路正常工作時(shí),TVS不觸發(fā),在浪涌來(lái)時(shí)TVS才工作。
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原文標(biāo)題:4. TVS二極管
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